LT7075B - Mikrostruktūrų formavimo polimerinėse medžiagose sistema su 2d pjezopavara - Google Patents
Mikrostruktūrų formavimo polimerinėse medžiagose sistema su 2d pjezopavara Download PDFInfo
- Publication number
- LT7075B LT7075B LT2022541A LT2022541A LT7075B LT 7075 B LT7075 B LT 7075B LT 2022541 A LT2022541 A LT 2022541A LT 2022541 A LT2022541 A LT 2022541A LT 7075 B LT7075 B LT 7075B
- Authority
- LT
- Lithuania
- Prior art keywords
- matrix
- polymer material
- excitation
- microstructures
- polymeric materials
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000001127 nanoimprint lithography Methods 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 230000010076 replication Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
- B29C59/002—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
- B81C99/0005—Apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of microstructural devices or systems, or methods for manufacturing the same
- B81C99/0015—Apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of microstructural devices or systems, or methods for manufacturing the same for microextrusion
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/0207—Driving circuits
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B3/00—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
- B29C59/02—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing
- B29C59/022—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing characterised by the disposition or the configuration, e.g. dimensions, of the embossments or the shaping tools therefor
- B29C2059/023—Microembossing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Shaping Of Tube Ends By Bending Or Straightening (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
Sistema pagal išradimą apima vibratorių (1), su laisvame gale įtvirtinta matrica (2), sužadinimo valdymo generatorių (3), polimerinės medžiagos ruošinį (4) įtvirtintą padėkle (5), kuris sujungtas su precizine pozicionavimo pavara, kuri valdoma iš sužadinimo-valdymo generatoriaus (3). Matricoje (2) sužadinami aukšto dažnio mechaniniai virpesiai, spaudimo į polimerinės medžiagos ruošinį (4) pagal nustatytą technologinį režimą atlieka mikrostruktūros formavimą, atitinkantį matricoje (2) sudarytą formą. Norint keisti polimerinės medžiagos ruošinyje (4) mikrostruktūrą, yra atliekamas ruošinio (4) pozicionavimas pagal nustatytą programą iš sužadinimo-valdymo generatoriaus (3). Tokiu būdu, su ta pačia matrica (2) atliekant pozicionavimą plokštumoje pagal nustatytą programą, galima paruošti keliolika mikrostruktūrų variantų, t.y. MEMS elementų.
Description
TECHNIKOS SRITIS
Išradimas priklauso medžiagų mokslo sričiai, konkrečiai mikrostruktūrų gamybos technologijai, skirtai kurti mikroelektromechaninių sistemų (MEMS) elementus.
TECHNIKOS LYGIS
Yra žinomas MEMS jutiklio kūrimo būdas ir įrenginys tam tikslui panaudojant terminį ir mechaninį spaudimą bei aukšto dažnio vibracinį sužadinimą (Amer Sodah 2020 Mikroelektromechaninio jutiklio žmogaus sveikatinimo monitoringui kūrimas ir tyrimas. Daktaro disertacija, 106p., psl. 62). Nurodytame įrenginyje virpesių sužadinimui naudojami tampriai sujungti tarpusavyje pjezokeraminiai žiedai su elektrodais, kurie pajungti prie aukšto dažnio generatoriaus. Pjezokeraminiai žiedai montuojami į elektromechaninio keitiklio konstrukciją (sonotrodą), kurio darbinės dalies gale yra šilumą skleidžiantis šaltinis. Pagal nustatytą programą ir tam tikrą laiko seką yra atliekamas mikrostruktūros formavimas spaudžiant sonotrodą į formavimo medžiagą, kontroliuojant temperatūrinį režimą ir atliekant aukšto dažnio virpesių poveikį. Nurodyto prototipo trūkumas yra tai, kad skirtas įrenginys virpesių sužadinimui naudoja pjezokeraminius elementus, kurių darbinė temperatūra negali viršyti 180 °C temperatūrą, kadangi prie aukštesnės temperatūros pjezokeraminiai elementai depoliarizuojasi taip prarasdami pjezoefektą. Temperatūrinio režimo suderinimas su mechaniniu spaudimu ir aukšto dažnio virpesiais laiko atžvilgiu yra sudėtingas procesas priklausantis nuo kontrolės-valdymo elementų funkcionalumo.
Yra žinoma MEMS elementų gamybos technologija t.y. formavimas struktūrinių elementų yra palaipsninis litografijos, galvanikos ir mikroliejimo procesų panaudojimas (Lin C H and Chen R 2006 Ultrasonic nanoimprint lithography: a new approach to nanopatterning J. Microlithgraphy, Microfabrication Microsyst.). Pateiktoje inovatyvioje MEMS elementų gamybos technologinio proceso schemoje parodyti pagrindiniai konstrukciniai ir naudojamos įrangos elementai, to proceso stadijos laiko atžvilgiu (Chi Hoon Lee, Phill Gu Jung, Sang Min Lee, Sang Hu Park, Bo Sung Shin, Joon-Ho Kim, Kyu-Youn Hwang, Kyoung Min Kim and Jong Soo Ko. 2010 Replication of polyethylene nano-microhierarchical structures using ultrasonic forming. Micromech. Microeng.). Kaip parodyta schemoje (a) ultragarsinio dažnio generatorius sužadina apie 20 kHz dažnio mechaninius virpesius elektromechaniniame keitiklyje, kurie perduodami ir sustiprinami virpesių koncentratoriuje. Koncentratoriaus ultragarsiniai virpesiai dėl trinties kontakto zonoje su gaminiu generuoja palyginti didelę energiją, kuri pasireiškia aukšta temperatūra ir būtent ji panaudojama polimerų ar metalų sujungimui. Tas procesas vyksta labai trumpą laiko tarpą (iki 3 s) yra ekologiškai švarus bei ekonomiškas. Schemoje (b) pavaizduotas viso proceso eiliškumas: po kontakto su formavimo elementu, polimerinės plokštelės prispaudimo jėga didinama iki 690 N ir kurį laiką yra stabili, po to aukšto dažnio virpesių pagalba vyksta paviršių sujungimas. Tuo metu, dėka paviršių trinties, išsilydęs polimeras užpildo nanostruktūrines formos ertmes ir po kurio laiko polimeras sukietėja. Nurodytame įrenginyje būtina paviršių sujungimui temperatūra pasiekiama dėka aukšto dažnio virpesių sužadintos trinties tarp sujungiamų paviršių, kas sudėtinga pasiekti be kontrolės-valdymo sistemos.
Aukščiau išvardinti mikrostruktūrų formavimo sistemos įrenginiai turi vieną bendrą MEMS formavimo trūkumą t.y. suformuota struktūra yra priklausoma nuo pirminės užduotos matricos formos, kurią norint keisti į kitą reikia pakeisti matricą ir formavimo procesą kartoti. Tai pakankamai sudėtinga technologija gaminant kitos formos matricą ir pats keitimo procesas užimą nemažas laiko sąnaudas.
IŠRADIMO ESMĖ
Išradimas yra mikrostruktūrų formavimo polimerinėse medžiagose sistema, apimanti elektromechaninį keitiklį, sonotrodą, generatorių, prispaudimo mechanizmą, padėklą su formuojama medžiaga ir dviejų koordinačių (2D) precizinę pozicionavimo pjezopavarą.
Pateikta sistema generuoja aukšto dažnio virpesius elektromechaniniame keitiklyje kurio gale pritvirtintoje matricoje prispaudimo į polimerinę medžiagą metu ir prie tam tikro temperatūrinio režimo yra formuojama mikrostruktūra pagal matricos laisvo paviršiaus struktūros atitikmenį.
Baigus vienos struktūros polimerinėse medžiagose formavimą, iš generatoriaus aukšto dažnio virpesių signalas paduodamas į vieną iš dviejų precizinio pozicionavimo pjezopavarų, kuri polimerinės medžiagos ruošinį pozicionuoja užsiduota kryptimi plokštumoje ir tuo būdu paruošia technologinį procesą kitos struktūros polimerinėje medžiagoje formavimui.
Priklausomai nuo precizinės pozicionavimo pjezopavaros techninių parametrų (eigos, rezoliucijos) yra galimybė padidinti mikrostruktūrų formavimo polimerinėse medžiagose proceso efektyvumą t.y. pagaminti su viena matrica keliolika mikrostruktūrų (MEMS) elementų. Elektromechaniniame keitiklyje virpesių sužadinimui naudojamas pjezoelementas yra tos pačios klasės kaip ir precizinės pozicionavimo pjezopavaros.
TRUMPAS BRĖŽINIŲ APRAŠYMAS
Išradimas paaiškintas brėžinyje. Pridedama schema yra išradimo aprašymo sudedamoji dalis ir pateikiama kaip nuoroda į galimą išradimo įgyvendinimą, bet neturi riboti išradimo apimties.
DETALUS IŠRADIMO APRAŠYMAS
Kaip pavaizduota brėžinyje, mikrostruktūrų formavimo polimerinėse medžiagose sistemos pagal išradimą įgyvendinimo pavyzdys apima vibratorių (1), sužadinantį aukšto dažnio virpesius jo laisvame gale įtvirtintoje matricoje (2), virpesių sužadinimo-valdymo generatorių (3), polimerinės medžiagos ruošinį (4) įtvirtintą padėkle (5), precizinę pozicionavimo pjezopavarą, skirtą padėklo (5) padėties valdymui dviejų koordinačių atžvilgiu, pavyzdžiui horizontalioje plokštumoje. Pjezopavara yra valdoma iš sužadinimo-valdymo generatoriaus (3), sudarydama galimybę keisti polimerinės medžiagos ruošinio (4) poziciją horizontalioje plokštumoje pagal sudarytą programą iš virpesių sužadinimo-valdymo generatoriaus (3).
Vykdant mikrostruktūrų formavimo polimerinėse medžiagose procesą, iš virpesių sužadinimo-valdymo generatoriaus (3) elektros signalas yra paduodamas į vibratorių (1), kurio laisvame gale įtvirtintoje matricoje (2) sužadinami aukšto dažnio mechaniniai virpesiai, spaudimo į polimerinės medžiagos ruošinį (4) pagal nustatytą technologinį režimą atlieka mikrostruktūros formavimą atitinkanti matricoje (2) sudarytą formą.
Norint keisti mikrostruktūrą polimerinės medžiagos ruošinyje (4), yra atliekamas ruošinio (4) pozicionavimas pagal nustatytą programą iš sužadinimo valdymo generatoriaus (3), naudojant precizinę pozicionavimo pjezopavarą. Tokiu būdu, su ta pačia matrica (2), atliekant pozicionavimą plokštumoje pagal nustatytą programą, galima paruošti keliolika mikrostruktūrų variantų t.y. MEMS elementų.
Elektromechaniniame keitiklyje virpesių sužadinimui naudojamas pjezoelementas yra tos pačios klasės kaip ir precizinės pozicionavimo pjezopavaros.
Claims (2)
1. Mikrostruktūrų formavimo polimerinėse medžiagose sistema, apimanti vibratorių su jo laisvame gale įtvirtintą matricą, virpesių sužadinimo-valdymo generatorių, polimerinės medžiagos ruošinį ir ruošinio padėklą, besiskirianti tuo, kad polimerinės medžiagos ruošinio (4) padėklas (5), yra sujungtas su precizine pozicionavimo pjezopavara, padėklo padėties valdymui dvimatėje erdvėje.
2. Mikrostruktūrų formavimo polimerinėse medžiagose sistema pagal 1 punktą, besiskirianti tuo kad precizinė pozicionavimo pjezopavara ir vibratorius (1) yra valdoma iš sužadinimo-valdymo generatoriaus (3) pagal sudarytą programą.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT2022541A LT7075B (lt) | 2022-11-10 | 2022-11-10 | Mikrostruktūrų formavimo polimerinėse medžiagose sistema su 2d pjezopavara |
| EP22212145.1A EP4368565B1 (en) | 2022-11-10 | 2022-12-08 | System for formation of microstructures in polymeric materials with 2d piezoelectric drive |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT2022541A LT7075B (lt) | 2022-11-10 | 2022-11-10 | Mikrostruktūrų formavimo polimerinėse medžiagose sistema su 2d pjezopavara |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| LT2022541A LT2022541A (lt) | 2024-05-27 |
| LT7075B true LT7075B (lt) | 2024-07-25 |
Family
ID=84799922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| LT2022541A LT7075B (lt) | 2022-11-10 | 2022-11-10 | Mikrostruktūrų formavimo polimerinėse medžiagose sistema su 2d pjezopavara |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP4368565B1 (lt) |
| LT (1) | LT7075B (lt) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2984441B2 (ja) * | 1991-12-06 | 1999-11-29 | 光正 小柳 | 三次元ｌｓｉ積層装置 |
| KR101345337B1 (ko) * | 2011-06-13 | 2013-12-30 | 한국생명공학연구원 | 원자간력 현미경（ａｆｍ）을 이용한 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 또는 다중팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치 및 제조방법 |
| US10103008B2 (en) * | 2016-01-12 | 2018-10-16 | Fei Company | Charged particle beam-induced etching |
-
2022
- 2022-11-10 LT LT2022541A patent/LT7075B/lt unknown
- 2022-12-08 EP EP22212145.1A patent/EP4368565B1/en active Active
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| AMER SODAH: "Mikroelektromechaninio jutiklio žmogaus sveikatinimo monitoringui kūrimas ir tyrimas", DAKTARO DISERTACIJA |
| CHI HOON LEE, PHILL GU JUNG, SANG MIN LEE, SANG HU PARK, BO SUNG SHIN, JOON-HO KIM, KYU-YOUN HWANG, KYOUNG MIN KIM AND JONG SOO KO: "Replication of polyethylene nano-microhierarchical structures using ultrasonic forming", MICROMECH. MICROENG. |
| LIN C H AND CHEN R: "Ultrasonic nanoimprint lithography: a new approach to nanopatterning", MICROLITHGRAPHY, MICROFABRICATION MICROSYST |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4368565C0 (en) | 2025-03-19 |
| EP4368565A8 (en) | 2024-06-26 |
| LT2022541A (lt) | 2024-05-27 |
| EP4368565B1 (en) | 2025-03-19 |
| EP4368565A1 (en) | 2024-05-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7316748B2 (en) | Apparatus and method of dispensing small-scale powders | |
| US20040012124A1 (en) | Apparatus and method of fabricating small-scale devices | |
| JP5119848B2 (ja) | マイクロリアクタ装置 | |
| WO2022200151A1 (en) | An aerosol generator core | |
| CN110959254B (zh) | 超声电机的闭环运动控制的方法 | |
| Liu et al. | A T-shape linear piezoelectric motor with single foot | |
| US11951679B2 (en) | Additive manufacturing system | |
| JP2006087984A (ja) | 気泡噴射装置 | |
| US20230076265A1 (en) | Piezoelectric device with pillar structure and method of manufacturing | |
| US20220339859A1 (en) | Systems and methods for additive manufacturing | |
| Shafik et al. | Piezoelectric motor technology: A review | |
| LT7075B (lt) | Mikrostruktūrų formavimo polimerinėse medžiagose sistema su 2d pjezopavara | |
| CN105450081A (zh) | 基于多压电振子弯曲运动的步进蠕动型驱动激励方法 | |
| JP2012531182A (ja) | ドーム状の線形圧電モーター | |
| CN109039146B (zh) | 一种惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台 | |
| Zhang et al. | Microoptical characterization of piezoelectric vibratory microinjections in Drosophila embryos for genome-wide RNAi screen | |
| JP2010118576A (ja) | 脱泡装置とその方法、ナノインプリント装置とその方法、及びデバイス製造方法 | |
| CN113783469A (zh) | 一种微型压电厚膜振子 | |
| JP6305026B2 (ja) | 振動型駆動装置およびこれを用いた動作装置 | |
| LT7015B (lt) | Mikrostruktūrų formavimo polimerinėse medžiagose sistema | |
| Yu et al. | Ultrasonic underwater thruster | |
| WO2003090937A1 (en) | Apparatus and method of fabricating small-scale devices | |
| Al-Okaily | Laser-driven micro-transfer printing for mems/nems integration | |
| Kommepalli et al. | Piezoelectric T-beam actuators | |
| KR100961974B1 (ko) | 초음파 가진을 이용한 전사 시스템 및 전사 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BB1A | Patent application published |
Effective date: 20240527 |
|
| FG9A | Patent granted |
Effective date: 20240725 |